城市軌道交通同站臺對向換乘列車銜接優(yōu)化方法研究

孫孟毅 宋倩茹

(1. 青島地鐵運營有限公司， 266101， 青島； 2. 青島青鐵軌道交通產(chǎn)業(yè)研究院有限公司， 266101， 青島∥第一作者， 工程師)

城市軌道交通同站臺換乘是指兩條線路共用一個島式站臺，乘客可從某線路的列車下車后，直接在同一站臺上等待另一條線路的列車的換乘方式，可極大地方便換乘乘客。

同站臺換乘可分為同站臺同向換乘和同站臺對向換乘兩種，本文以同站臺對向換乘為研究對象。同站臺對向換乘方式下，如果兩條換乘線路之間的列車銜接不合理，則可能降低換乘服務(wù)水平，使之成為客流組織的瓶頸，進而在一定程度上影響線網(wǎng)中部分線路的運輸效率，導(dǎo)致乘客出行時間增加。

1 同站臺對向換乘布置形式的優(yōu)缺點

常見的同站臺對向換乘站布置形式如圖1所示[1]。其優(yōu)點主要是短距離換乘、便捷高效。其缺點是：① 通常只能滿足一個方向上的短距離相互換乘，其他方向上的相互換乘依然需要通過站廳或通道來完成，具有局限性；② 因站臺面積有限，若大量客流集中到達，站臺的緩沖能力較差；③ 基于乘客心理，易導(dǎo)致爭搶上車，以及列車夾人、夾物事件的發(fā)生；④ 若兩線中任一條線路在某個方向發(fā)生列車延誤，容易因候車乘客滯留導(dǎo)致站臺過度擁擠，安全管理風(fēng)險較高。因此，同站臺對向換乘方式對兩條線路列車到發(fā)的合理銜接提出了很高的要求。

2 同站臺對向換乘線間列車到發(fā)銜接的影響因素

2.1 列車到達間隔時間tj

列車到達間隔時間是指同線路同方向上連續(xù)兩列車到達車站的時刻之差[1]。tj由實際客流量決定，是列車運行圖的重要參數(shù)。對于同站臺對向換乘站的共用站臺，兩線間列車到達間隔的匹配應(yīng)在滿足換乘客流安全、有效疏導(dǎo)的同時，兼顧換乘的便捷性。在客流高峰時段(以下簡稱“高峰時段”)換乘客流密集到達時，需要錯開兩條線路的列車到達時間，以避免發(fā)生因站臺擁擠引發(fā)安全事故；在客流非高峰時段(以下簡稱“非高峰時段”)，換乘客流相對較小，列車的到發(fā)時間應(yīng)盡可能滿足換乘乘客“零等待”的需求。在實際的運營管理中，即使在非晚點的情況下，受司機等人員的操作影響，相對圖定的到發(fā)時刻，列車的實際到發(fā)時間存有少量偏差是難以避免的。為保證同站臺對向換乘的服務(wù)水平，在進行線間列車到發(fā)銜接組織方案設(shè)計時，少量的到發(fā)時刻偏差也應(yīng)予以考慮。

a) 雙島式

2.2 乘客換乘時間

(1)

式中：

tw——統(tǒng)計期內(nèi)換乘乘客在共用站臺的累計候車時間；

P——統(tǒng)計期內(nèi)共用站臺上換乘乘客總?cè)藬?shù)。

2.3 其他影響因素

3 同站臺對向換乘線間列車到發(fā)銜接的優(yōu)化方法

3.1 主要影響因素的影響機理分析

3.1.1tj的影響機理

基于實際的列車運行及人員作業(yè)等影響因素，兩條線路的列車同時到站上下客的情況如圖2所示。圖2中：tA,圖停、tB,圖停分別表示A線、B線列車在共用站臺的圖定停站時間；tB,到延為與圖定計劃相比B線列車到達車站所延誤的時間；tA,早發(fā)為與圖定計劃相比A線列車駛離車站所提前的時間；t1為A線、B線列車同時在車站停車時的交集時間；t2為A、B兩線列車車門均處于打開狀態(tài)的時間；t3為司機關(guān)閉車門準(zhǔn)備發(fā)車的時間。

如圖2所示，優(yōu)化的目標(biāo)轉(zhuǎn)化為使t1盡可能大。如tA,圖停與tB,圖停不相等時，t1取tA,圖停、tB,圖停中的較小值；當(dāng)tA,圖停、tB,圖停與t1均相等時，兩條線路列車將實現(xiàn)同時到發(fā)(即同一時間A線、B線列車均到達共用站臺，經(jīng)相同的停站時間后同時駛離)。而在實際運營中，考慮到列車司機操作等因素的影響，要嚴(yán)格把控t3(一般在崗位人員作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中有相關(guān)的規(guī)定)，并盡量減小tB,到延和tA,早發(fā)，以貼合列車運行圖的開行計劃。

圖2 兩條線路列車同時在站示意圖Fig.2 Trains from two different lines parking in station at the same time

在高峰時段，將兩條線路列車錯開到發(fā)，即一條線路的列車駛離車站后另一條線路的列車再駛?cè)胲囌?，這樣可減少下車乘客目睹鄰線列車關(guān)門動車而無法換乘的情況，此時列車運行及人員作業(yè)對列車到達間隔的影響如圖3所示。圖3中，t4為兩條線路的列車實際運行時錯開到發(fā)的時間差，應(yīng)觀測現(xiàn)場的實際情況予以確定。在編制列車運行圖時，還應(yīng)考慮B線列車提前到達時間tB,早到和A線列車延遲發(fā)車時間tA,晚發(fā)，以確定兩線列車錯開到發(fā)的最小時間間隔t5。

圖3 兩條線路列車錯開到發(fā)示意圖Fig.3 Diagram of staggered arrival and departure of trains on two lines

在不考慮列車運行時間波動及突發(fā)大客流的情況下，設(shè)B線換入A線方向的站臺為共用島式站臺，共用站臺上換乘客流的累計候車人數(shù)與A線、B線的tj密切相關(guān)，且在1個tj周期內(nèi)具有規(guī)律性，如圖4所示。圖4中：兩條線路列車的停站時間均為ts，兩條線路的tj均為d，Δd為周期d內(nèi)兩線列車到達時間的差值。

a) A線本站進站的累計候車人數(shù)

(2)

在高峰時段，為了保證密集到達客流的換乘安全，并兼顧兩條線路間換乘候車時間的均衡，令Δd=d/2。此時，可將式(2)簡化為：

(3)

圖5 換入客流較大時對的調(diào)整示意圖Fig.5 Adjustment of of the large change-in passenger flow

3.2 線間列車到發(fā)銜接的優(yōu)化方法

基于上文的分析及列車運行圖的繪制要求，根據(jù)客流高峰、非高峰時段換乘客流的不同特征，本文提出同站臺對向換乘方式下線間列車到發(fā)銜接的優(yōu)化方法。

3.2.1 高峰時段線間列車的到發(fā)銜接優(yōu)化

高峰時段列車到達間隔時間較小，乘客錯過列車后等待下一趟列車的時間較短。為避免客流對沖，應(yīng)優(yōu)先將兩條線路的停站時間調(diào)整一致，并將兩條線路的列車到達間隔時間調(diào)整一致或成倍數(shù)關(guān)系，使得兩條線路或換入客流較大的線路滿足式(3)的要求。當(dāng)兩條線路的列車到達間隔時間、停站時間不一致時，則應(yīng)錯開兩條線路的列車到發(fā)時刻，在現(xiàn)場觀測得到t4，并對tB,早到、tA,晚發(fā)進行統(tǒng)計，以確定t5的合理取值，并在兩條線路的列車運行圖中予以調(diào)整。

3.2.2 非高峰時段線間列車的到發(fā)銜接優(yōu)化

與高峰時段相比，非高峰時段列車到達間隔時間相對較大。為縮短換乘乘客在站臺的候車時間，在非高峰時段可通過如調(diào)整tj、微調(diào)列車運行圖、平移部分列車運行線等方法對列車到發(fā)銜接進行靈活調(diào)整。

方法一：調(diào)整tj。在編制列車運行圖時，可根據(jù)客流實際情況，調(diào)整兩條線路的tj，以確保兩線的tj一致或成倍數(shù)關(guān)系。

方法二：微調(diào)列車運行圖。在tj、停站時間不一致且調(diào)整難度較大的情況下，以t1=t3為臨界點分兩種情況對列車運行圖進行微調(diào)：① 當(dāng)t1≥t3時，在列車運行圖編制時找出如列車折返時間、區(qū)間運行時間、停站時間等具有冗余量、可微調(diào)的時間參數(shù)，調(diào)整這些時間參數(shù)，將兩條線路的列車調(diào)整為同時在站，并最大限度地增加兩條線路列車的同時在站時間；② 當(dāng)t1

方法三：平移部分列車運行線。運用兩條線路列車到達間隔時間差規(guī)律，在滿足高峰時段tj及列車錯開的基礎(chǔ)上，應(yīng)優(yōu)先調(diào)整非高峰時段tj較大的線路，調(diào)整并確定這條線路部分時段的列車運行線。然后，另一條線路的列車運行線配合調(diào)整，使得兩條線路的列車同時在站時間最大化或滿足錯開的條件。

這3種優(yōu)化方法的優(yōu)缺點如表1所示。

表1 非高峰時段線間列車到發(fā)銜接優(yōu)化方法的優(yōu)缺點分析Tab.1 Advantages and disadvantages analysis of the optimization methods of train arrival and departure connection between lines during off-peak hours

綜上，在優(yōu)化列車運行圖時，如兩線列車到達間隔時間一致，優(yōu)先采取方法一；其次，可根據(jù)客流情況靈活采用方法二(該方法在高峰時段、非高峰時段、高峰和非高峰的過渡時段均可采用)。此外，若一條線路有兩個同站臺對向換乘站時，可基于“換乘客流大的車站為主要換乘站”原則，采用上述方法，優(yōu)先滿足主要換乘站內(nèi)兩條線路間的列車到發(fā)銜接，再通過有冗余量的時間參數(shù)微調(diào)列車在兩個換乘站間的運行計劃，以滿足沿線其他換乘站列車到發(fā)銜接的要求。

4 案例分析

本文以青島地鐵2號線、3號線的換乘站五四廣場站為例進行分析，其站臺布置形式如圖6所示。該站為雙島式同站臺對向換乘，青島地鐵2號線、3號線均為青島市區(qū)的主要線路，客流量較大。

圖6 青島地鐵2號線、3號線換乘站五四廣場站的站臺布置形式示意圖Fig.6 Platform layout of the May 4th Square Station, the Qingdao Metro Line 2 and Line 3 transfer station

以2019年旅游季(7～8月)某個工作日為例，由于2號線部分線路暫未開通，兩條線路的tj無法調(diào)整一致，基于此確定列車運行圖的優(yōu)化原則為：① 將停站時間均設(shè)為45 s；② 根據(jù)運營實際，確定高峰時段、非高峰時段列車錯開時間分別為10 s、35 s；③ 編制列車運行圖時，以客流較大的3號線為基準(zhǔn)、2號線配合為原則，調(diào)整五四廣場站的列車到發(fā)時刻。

4.1 高峰時段的優(yōu)化措施

根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)，運用式(1)對數(shù)據(jù)進行計算后，該站的優(yōu)化調(diào)整措施為：因高峰時段的客流較大，2號線上線列車數(shù)增加1列，將2號線的tj從原來的5 min 20 s壓縮至5 min。受2號線列車運行間隔縮小的影響，考慮錯開列車的到發(fā)時間，對3號線的列車運行圖進行配合調(diào)整。五四廣場站高峰時段各方向的平均站臺換乘候車時間如表2所示。其中，早高峰時段2號線下行換3號線下行的平均站臺換乘候車時間僅為1 min 38 s。此外，兩條線路的列車到達時間錯開了10 s，有效地避免了列車同時在站情況下同站臺對向換乘客流對沖的情況。

表2 高峰時段五四廣場站各方向的平均站臺換乘候車時間對比Tab.2 Comparison of average platform transfer waiting time at May 4th Square Station during peak hours

4.2 非高峰時段的優(yōu)化措施

與高峰時段相比，非高峰時段兩條線路的客流量相對較小。因此，保持兩條線路的tj不變。采用微調(diào)方法對列車運行圖進行優(yōu)化。五四廣場站非高峰時段平均站臺換乘候車時間如表3所示。其中，在2號線下行換3號線下行、3號線上行換2號線上行兩個換乘方向上的平均站臺換乘候車時間均減少了53 s，大大地提升了換乘乘客的出行便捷性，達到了縮短站臺候車時間的優(yōu)化目標(biāo)。兩條線路的列車到達時間錯開了35 s，從現(xiàn)場執(zhí)行情況看達到了預(yù)期的效果。此外，在2019年的旅游季期間，這兩條地鐵線路均未有五四廣場站同站臺對向換乘乘客投訴事件，列車運行圖的優(yōu)化調(diào)整取得了良好的效果。

表3 非高峰時段五四廣場站各方向的平均站臺換乘候車時間對比Tab.3 Comparison of average platform transfer waiting time at May 4th Square Station during off-peak hours

5 結(jié)語

本文對同站臺對向換乘列車銜接的影響因素進行分析，結(jié)合高峰時段、非高峰時段的客流特點及列車運行不準(zhǔn)點等情況，從優(yōu)化列車運行圖的角度提出了3個優(yōu)化兩條換乘線路間列車到發(fā)銜接的方法，以合理調(diào)整換乘站兩線間的列車到發(fā)時刻，減少換乘乘客在站臺的候車時間，提升乘客出行的便捷性，同時在乘客換乘出行安全性上也起到了一定的保障作用。